Studio geotecnico e termico di un impianto geotermico a sonda ...

1.2 Natura delle risorse geotermiche 7
La differenza di temperatura tra le zone profonde, più calde, e quelle superficiali, più fredde,
dà origine ad un flusso di calore dall’interno verso l’esterno della Terra, tendente a stabilire
condizioni di uniformità, condizioni che non saranno mai raggiunte. Il flusso di calore terrestre
medio è 65 mWm −2 nelle aree continentali e 101 mWm −2 nelle aree oceaniche, con una media
ponderale globale di 87mW m −2 (Pollack et al., 1993). Questi valori sono basati su 24.774
misure eseguite in 20.201 siti, che coprono circa il 62% della superficie terrestre. Il flusso di
calore delle aree non coperte da misure è stato stimato tenendo conto della distribuzione delle
unità geologiche. L’analisi dei dati di flusso di calore terrestre di Pollack et al. (1993) è quella
pubblicata più di recente. Un data base aggiornato comprendente i valori del flusso di calore
delle aree continentali e marine è tuttavia accessibile presso l’University of North Dakota.
L’aumento della temperatura con la profondità, i vulcani, i geysers, le fumarole, le sorgenti
calde sono manifestazioni tangibili e visibili del calore interno della Terra, ma questo calore
è all’origine di fenomeni meno percettibili dagli uomini, ma di tale grandezza, che la Terra è
stata paragonata ad un enorme motore termico. Cercheremo di descrivere in modo semplice
questi fenomeni, che rientrano nella teoria della tettonica a zolle, e di mostrare quali relazioni
vi sono tra essi e le risorse geotermiche.
Il nostro pianeta è formato dalla crosta, che ha uno spessore di circa 20-65 km nelle aree continentali
e 5-6 km in quelle oceaniche, dal mantello, spesso approssimativamente 2900 km, e dal
nucleo, che ha un raggio di circa 3470 km (1.1 ). Le proprietà fisiche e chimiche di crosta, mantello
e nucleo variano andando dalla superficie verso l’interno della Terra. L’involucro esterno
del globo, che prende il nome di litosfera, è formato dalla crosta e dalla parte più esterna del
mantello. La litosfera, che ha uno spessore che va da meno di 80 km nelle aree oceaniche a più
di 200 km in quelle continentali, si comporta come un corpo rigido. Sotto la litosfera si trova
l’astenosfera, formata dalla parte alta del mantello, che, rispetto alla prima, ha un comportamento
meno rigido o più plastico. In altre parole, sulla scala geologica, ove i tempi si misurano
in milioni di anni, in certi fenomeni l’astenosfera si comporta in modo simile a quello di un
fluido viscoso.
Le differenze di temperatura tra le diverse parti dell’astenosfera hanno prodotto moti convettivi
nei materiali che la costituiscono, e, qualche decina di milioni di anni fa, potrebbero essersi
innescate vere e proprie celle di convezione. Il loro lentissimo movimento (pochi centimetri
l’anno) è sostenuto dal calore prodotto in continuazione dal decadimento degli isotopi radioattivi
e da quello che proviene dalle parti profonde del pianeta. Enormi volumi di rocce profonde,
allo stato fuso o semifuso, più calde, meno dense e più leggere dei materiali sovrastanti, risalgono
verso la superficie, mentre le rocce più vicine alla superficie, più fredde, più dense e più
pesanti, tendono a scendere per riscaldarsi e risalire di nuovo, con un meccanismo che assomiglia
a quello che si instaura in una pentola quando si riscalda dell’acqua.
Nelle zone dove è più sottile, e soprattutto nelle aree oceaniche, la litosfera è spinta verso l’alto
e fratturata dal materiale molto caldo e parzialmente fuso, che risale dall’astenosfera in corrispondenza
dei rami ascendenti delle celle convettive. È questo meccanismo che ha formato,
e tuttora forma, le dorsali, che si estendono per oltre 60.000 km sotto gli oceani, emergendo
in alcune zone (Azzorre, Islanda) e talvolta insinuandosi tra i continenti come nel Mar Rosso.
Una frazione relativamente piccola di rocce fuse, che risale dall’astenosfera, emerge dalla
cresta delle dorsali e, a contatto con l’acqua marina, solidifica e forma nuova crosta oceani-